دانلود تحقیق ماهواره

رسانه ارتباطی متداول دیگر، کابل هم‌محور است که اغلب coax نامیده‌ می‌شود.

محافظ آن بهتر از جفتِ تابیده است، لذا در فواصل طولانی‌تر با سرعت‌های بیشتری کار می‌کند.

دو نوع کابل هم‌محور به طور گسترده به کار می‌روند.

یک نوع ( کابل 50 اهمی ) معمولاً برای انتقال دیجیتال به کار می‌روند و نوع دیگر ( کابل 75 اهمی ) معمولاً برای انتقال آنالوگ و تلویزیون کابلی به کار می‌رود و با حضور اینترنت که از کابل استفاده می‌کند، اهمیت آن بیشتر می‌شود.

کابل هم‌محور متشکل از سیم مسی راست به عنوان هسته است که توسط ماده‌ای عایق محاصره شده است.

عایق توسط رسانای استوانه‌ای پوشانده می‌شود که به صورت شبکه طوری بافته شده است.

رسانای خارجی با یک لایه محافظ پلاستیکی پوشانده شده است.

نمای بریده کابل هم‌محور در شکل بالا آمده است.

ساختمان و حفاظ کابل هم‌محور، ترکیب خوبی از پهنای باند بالا و ایمنی اختلال را موجب شده است.

پهنای باند به کیفیت کابل، طول و نسبت سیگنال به اختلالِ مربوط به سیگنال داده بستگی دارد.

پهنای باند کابل‌های جدید نزدیک به 1GHz است.

کابل‌های هم‌محور به طور گسترده در سیستم تلفن برای فواصل طولانی به کار می‌روند، اما اکنون برای مسیر‌های طولانی از فیبر نوری استفاده می‌شود.

کابل‌های هم‌محور هنوز برای تلویزیون کابلی و شبکه‌های محلی استفاده می‌شود.

1-2 کابل جفتِ تابیده

سیستم انتقال نوری 3 مولفه دارد: منبع نور، رسانه انتقال، و آشکار ساز(detector).

پالسی از نور نشان دهنده بیت 1 و عدم وجود نور نشان‌دهنده بیت 0 است.

رسانه انتقال فیبر بسیار نازکی از شیشه است.

وقتی نور به آشکارساز می‌تابد، پالس الکتریکی توسط آن تولید می‌شود.

با وصل کردن منبع نور به یک طرف فیبر نوری، و آشکارساز به طرف دیگر آن، سیستم انتقال داده یکسویه‌ای ایجاد می‌شود که سیگنال الکتریکی را پذیرفته، توسط پالس‌های نوری آن را تبدیل می‌کند و انتقال می‌دهد و سپس در طرف گیرنده آن را دوباره به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌نماید.

فیبر‌های نوری از شیشه ساخته می‌شوند و شیشه نیز از ماسه به وجود می‌آید که بسیار ارزان بوده و به مقدار کافی وجود دارد.

ساخت شیشه توسط مصریان قدیم کشف شد، ولی ضخامت شیشه آنها بیش از 1 میلیمتر نبود.

و نور از طریق آن به خوبی نمی‌درخشید.

شیشه‌های شفافی که برای پنجره‌ها مفید بودند در دوره رنسانس ایجاد شد.

شیشه‌هایی که در فیبر‌های نوری امروزی به کار می‌رود بسیار شفاف است، به طوری که اگر اقیانوس به جای آب، پر از این شیشه‌ها بود سطح اقیانوس چه در سطح و چه داخل هواپیما به خوبی مشخص بود.

تضعیف نور از طریق شیشه به طول موج نور بستگی دارد.

پالس‌های خارج شده از فیبر همانطور که انتشار می‌یابند، به طور طولی پخش می‌شوند، این پخش شدن را پراکندگی می‌گویند.

مقدار آن به طول موج بستگی دارد.

یک راه جلوگیری از هم‌پوشانی این پالس‌ها، زیاد کردن فاصله بین آنهاست.

اما این کار فقط با کاهش سرعت سیگنال‌دهی انجام می‌شود.

خوشبختانه روشن شد که ساختن شکل خاصی از پالس‌ها به عمل متقابل کسینوس هیپربولیک وابسته است، تمام اثرات پراکندگی از بین می‌رود و می‌توان پالس‌ها را هزاران کیلومتر فرستاد، بدون اینکه شکل خاصی داشته باشد.

این پالسها تک پالس نام دارند.

تحقیقات زیادی در حال انجام است تا تک پالس‌ها را از آزمایشگاه به عرصه عمل ببرند.

1-4-1استاندارد Fiber Distribution Data Interface <== fddi="">


نسل ما به اطلاعات وابسته است.

مردم نیازمند تماس دائمی با منابع اطلاعات‌اند.

برای این کاربران سیار، جفت‌های تابیده، کابل هم‌محور و فیبر نوری کاربرد ندارند.

آنها می‌خواهند بدون اتصال به سازمان ارتباط زمینی، اطلاعات مورد نیاز را بر روی کامپیوتر‌های کیفی، جیبی، دستی و ساعت مچی داشته باشند.

برای این کاربران نیاز به ارتباط بی‌سیم است.

بعضی از مردم معتقدند که در آینده 2 نوع ارتباط وجود خواهد داشت، فیبر و بی‌سیم.

تمام کامپیوتر‌های ثابت (غیر همراه)، تلفن‌ها، فاکس‌ها و غیره فیبری خواهند بود و تمام افراد سیار از بی‌سیم استفاده خواهند کرد.

بی‌سیم نسبت به دستگاه‌های ثابت امتیازاتی دارد.

به عنوان مثال اگر به دلیل موقعیت زمینی (کوه، جنگل، دریا و …) نصب فیبر مشکل باشد، بی‌سیم ارجح است.

باید توجه داشت که ارتباط دیجیتال بی‌سیم در جزایر هاوایی (جایی که قطعات بزرگ اقیانوس آرام، کاربران را جدا کرده و سیستم تلفن کفایت نمی‌کند.) به‌کار گرفته شده است.

2-1 طیف الکترو مغناطیس
وقتی الکترون‌ها حرکت می کنند، امواج الکترو مغناطیسی ایجاد می‌شود که می‌تواند در فضای آزاد (حتی در خلاء) انتشار یابد.

این امواج توسط فیزیکدان انگلیسی به نام جیمز کلارک ماکسول در سال 1865 پیشگویی شد و اولین بار در سال 1887 توسط فیزیکدان آلمانی هنری هرتز تولید و مشاهده شد.

تعداد نوسانات موج الکترو مغناطیسی را فرکانس ( ¦ ) گویند که با هرتز (به یادبود هنری هرتز) سنجیده می‌شود.

فاصله‌ی بین دو بیشینه‌ی متوالی (یا دو کمینه‌ی متوالی) را طول موج نامند که با حرف یونانی  ( لاندا ) نمایش داده می‌شود.

وقتی آنتنی به اندازه‌ی مناسب به مدار الکتریکی نسب می‌شود، امواج الکترو مغناطیسی به خوبی پخش می‌شوند و در فاصله‌ی دورتر توسط گیرنده دریافت می‌شوند، و این اساس تمام ارتباطات بی‌سیم است.

در خلاء تمام امواج الکترو مغناطیسی با سرعت یکسانی حرکت می‌کنند و فرکانس‌های آنها بی تاثیر است.

این سرعت معمولاً سرعت نور، c، نامیده می‌شود و تقریباً m/s 3*108 ، یا در حدود 1 فوت (30 cm ) در نانو ثانیه است.

در مس یا فیبر، سرعت به 2/3 این مقدار کاهش می‌یابد و تا حدودی به فرکانس بستگی دارد.

سرعت نور بالاترین سرعت است.

هیچ سیگنال یا شیئی نمی‌تواند با این سرعت حرکت کند.

رابطه‌ی  و ¦ و c (در خلاء) به صورت زیر است:
  = c
چون c ثابت است، اگر ¦ معلوم باشد،  مشخص خواهد شد و بر عکس.

2-2 انتقال رادیویی
تولید امواج رادیویی ساده‌ است، مسافت‌های زیادی را طی می‌کند و به راحتی در ساختمان‌ها نفوذ می‌کند.

تولید امواج رادیویی ساده‌ است، مسافت‌های زیادی را طی می‌کند و به راحتی در ساختمان‌ها نفوذ می‌کند.

لذا هم برای ارتباط درونی (داخل ساختمان) و هم برای ارتباط بیرونی (خارج ساختمان) بطور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد.

امواج رادیویی چند سویه است، یعنی از منبع به تمام جهات منتشر می‌شود، به طوری که نیازی نیست فرستنده و گیرنده از لحاظ فیزیکی خود را تنظیم کنند.

خواص امواج رادیویی به فرکانس بستگی دارد.

در فرکانس‌های پایین، امواج رادیویی از موانع عبور می‌کند، اما قدرت آن با فاصله گرفتن از منبع و حرکت در هوا به شدت کاهش می‌یابد.

در فرکانس‌های بالا، امواج رادیویی تمایل دارند در خط مستقیم حرکت کنند و با برخورد به موانع منعکس می‌شوند.

باران به آنها آسیب می‌رساند.

در تمام فرکانس‌ها امواج رادیویی با موتورها و سایر تجهیزات الکترونیکی تداخل می‌کنند.

چون امواج رادیویی می‌توانند مسافت‌های زیادی را طی کنند، تداخل بین کاربران به عنوان یک مساله مطرح است.

به همین دلیل تمام دولت‌ها به استفاده از فرستنده‌های رادیویی مجوز می‌دهند.

در باندهای VLF، LF و MF امواج رادیویی از زمین تبعیت می‌کنند.

(شکل A) این امواج در فرکانس‌های پایین‌تر برای 1000 کیلومتر قابل کشف است و در فرکانس‌های بالاتر کمتر است.

پخش رادیویی AM از باند MF استفاده می‌کند، به همین دلیل ایستگاه‌های رادیویی AM بوستون به راحتی در نیویورک شنیده نمی‌شود.

امواج رادیویی در این باند‌ها به راحتی از میان ساختمان‌ها می‌گذرد.

به همین دلیل است که رادیوهای قابل حمل در داخل ساختمان کار می‌کنند.

مشکل اصلی از این باند‌ها برای ارتباط داده‌ها، پهنای باند نسبتاً کمی‌ است که ارائه می‌دهد.

در باند‌های HF، VHF امواج سطح زمین تمایل دارند که زمین آنها را جذب کند.

به هر حال امواجی که به یون کره می‌رسد، (لایه‌ای از ذرات باردار که در ارتفاع 100 تا 500 کیلومتری زمین را احاطه کرده‌اند.) شکست پیدا می‌کند و به زمین باز می‌گردد.

(شکل B).

تحت بعضی از شرایط جوی، سیگنال‌ها ممکن است چند بار برگردند.

دست اندر کاران ناشی رادیو از این باند‌ها برای ساختمان‌های طولانی استفاده می کنند.

ارتش نیز در باندهای HF و VHF ارتباط برقرار می‌کنند.

2-3انتقال مایکروویو سیستم‌های کنترل از راه دور که در وسایلی چون تلویزیون و استریو‌ها به کار می‌روند با انتقال زیر قرمز کار می‌کنند.

زیر‌قرمز به یک محیط کوچک محدود می‌شود (مثلا یک اتاق) و معمولاً نیاز دارد فرستنده در جهت گیرنده باشد.

سخت افزار زیر قرمز در مقایسه با مکانیسم‌های دیگر ارزانتر است و به آنتن نیازی ندارد.

شبکه‌های کامپیوتری می‌توانند برای انتقال داده‌ها از تکنولوژی مادون قرمز استفاده کنند.

مثلاً یک اتاق بزرگ می‌تواند به یک ارتباط زیر قرمز مجهز شود و دسترسی به شبکه برای تمام کامپیوتر‌های اطاق امکان‌پذیر شود.

کامپیوتر‌ها می‌توانند هنگام ‌جابجا شدن در اتاق ارتباط خود را با شبکه حفظ نمایند.

شبکه‌های مادون قرمز خصوصاً برای کامپیوتر‌های قابل حمل مناسب‌اند.

زیرا مادون قرمز امکان ارتباط بی‌سیم را بدون نیاز به آنتن فراهم می‌کند.

بنابراین همه‌ی سخت‌افزار ارتباطی می‌تواند در یک کامپیوتر قابل‌ حمل که از زیر قرمز استفاده می‌کند، قرار گیرد.

2-5 نور لیزر ماهواره یک فرستنده – گیرنده (Transponder) دارد که شامل یک گیرنده و یک فرستنده‌ی رادیویی است.

Transponder موج رادیویی ورودی را دریافت و تقویت می‌کند و سیگنال تقویت‌شده را در زاویه‌ای که اندکی با موج ورودی تفاوت دارد به سمت زمین پس می فرستد.

مثلاً یک ایستگاه زمینی در یک طرف اقیانوس سیگنالی را به ماهواره ارسال می‌کند و ماهواره آن را به ایستگاه زمینی در طرف دیگر می‌فرستد.

چون قرار دادن یک ماهواره مخابراتی در مدار زمین گران تمام می‌شود، یک ماهواره عموماً شامل چندین Transponder مستقل است ( معمولاً بین 6 تا 12 ).

هر فرستنده – گیرنده در یک فرکانس رادیویی کار می‌کنند،( یک کانال) و بنابراین چندین ارتباط بطور همزمان امکان پذیر می‌گردد.

به علاوه نظر به اینکه یک کانال ماهواره می‌تواند به طور مشترک استفاده شود مشترکین متعددی از آن بهره می‌برند.

2-6-1 ماهواره‌های همزمان با زمین Geosynchronous ماهواره‌های مخابراتی می‌توانند با توجه به ارتفاعی که در آن قرار دارند، دسته‌بندی شوند.

ساده‌ترین نوع آنها نوع همزمان با زمین یا ایستان نسبت به زمین است.

این ماهواره‌ها در مداری قرار دارند که دقیقاً با گردش زمین سنکرون هستند و از این رو به این نام خوانده می‌شوند.

این مدار به عنوان مدار ایستان با زمین (GEO) خوانده می‌شود، زیرا ماهواره از زمین همواره در نقطه‌ی ثابتی دیده می‌شود.

برای مثال یک ماهواره‌ی سنکرون در مدار مدور بالای خط استوا بر روی اقیانوس اطلس می‌تواند برای رله کردن اطلاعات بین اروپا و آمریکای شمالی در تمام زمان‌ها استفاده شود چراکه همواره در نقطه‌ی بالای اقیانوس قرار دارد.

قوانین فیزیکی فاصله‌ای را که یک ماهواره باید از سطح زمین داشته باشد تا با گردش زمین همزمان شود را بدست می‌دهند.

این فاصله حدوداً 36,000 کیلومتر یا 20,000 مایل است.

مهندسین معمولاً این فاصله را مدار بلند زمین (High earth orbit) می‌نامند.

جالب است بدانید فضای محدودی روی مدار همزمان بالای خط استوا در دسترس است.

زیرا ماهواره‌های مخابراتی که فرکانس خاصی استفاده می‌کنند، برای جلوگیری از تداخل باید از همدیگر دور باشند.

حداقل فاصله‌ی آنها بستگی به توان فرستنده‌ها دارد، ولی عموماً یک زاویه‌ی جدایی 4 تا 8 درجه در نظر گرفته می‌شود.

بنا‌براین مدار 360 درجه‌ی بالای استوا فقط می‌تواند 45 تا 90 ماهواره را در خود جای دهد.

2-6-2 ماهواره‌های مدار پایین دسته‌ی دوم ماهواره‌های مخابراتی در مداری که مدار پایین زمین (Low Earth Orbit) یا به اختصار LEO ، نامیده می‌شود، فعال هستند.

یعنی مداری که چند‌صد مایل بالاتر از سطح زمین قرار دارد ( 100 تا 200مایل ).

مشکل اصلی مدار‌های پایین سرعت ماهواره در آن مدار است.

با توجه به اینکه گردش ماهواره از گردش زمین سریع‌تر است، ماهواره‌های سطوح پایین در بالای سطح یک نقطه از زمین ثابت نمی‌مانند و ناظری که از زمین با تلسکوپ این ماهواره را مشاهده می‌کند، حرکت این ماهواره را شاهد است.

در حقیقت یک ماهواره‌ی مدار پایین در مدت یک و نیم ساعت یک دور کامل به دور زمین می‌زند.

ماهواره‌ای که از زمین ثابت به نظر نرسد مشکلاتی را پدید می‌آورد: اول اینکه ماهواره تنها زمان‌هایی می‌تواند بکار آید که مدارش از بین دو ایستگاه زمینی می‌گذرد.

ثانیاً کاربرد کامل آن به سیستم‌های پیچیده‌ای نیاز دارد که پیوسته ایستگاه‌های زمینی را به نحوی حرکت دهند که همواره در جهت ماهواره قرار گیرند.

2-6-3 آرایه‌ای از ماهواره‌های مدار پایین روش جالبی برای ارتباط پیوسته از طریق ماهواره‌های مدار پایین ابداع شده است.

در این روش بجای متمرکز شدن بر روی یک ماهواره، یک شرکت مخابراتی مجموعا‌ای از ماهواره‌ها را در مدار‌هایی قرار می‌دهد.

با اینکه یک ماهواره‌ی خاص با سرعت می‌گذرد، مجموعه مدارهای ماهواره‌ها طوری انتخاب شده‌اند که هر نقطه از روی زمین در هر زمان، حداقل یک ماهواره را در بالای سر خود دارد (66 ماهواره برای پوشش دادن کل سطح زمین لازم است.).

از نقطه نظر یک شاهد زمینی یک ماهواره از یک نقطه‌ی افق طلوع می‌کند و از بالای سر او می‌گذرد و در افق مقابل ناپدید می‌شود.

نکته‌ی کلیدی این روش در مجموعه مدارهایی است که قابل دسترس بودن حداقل یک ماهواره را در هر زمان تضمین می‌نماید.

ماهواره‌ها